劉春振

（鄭州中車四方軌道車輛有限公司，河南 鄭州 450100）

隨著城市城鎮(zhèn)化步伐的加快，區(qū)域面積不斷擴(kuò)大，城市軌道交通車輛已成為人們出行必不可少的公共交通工具之一。公共交通運行的第一要素是確保乘客安全，制動管路作為城軌車輛的重要組成部分，連接著空壓機、制動控制裝置、風(fēng)缸、制動缸、受電弓等核心設(shè)備，直接關(guān)系到車輛的運行安全[1]。

一般情況下，軌道交通車輛制動系統(tǒng)中，管路故障頻繁發(fā)生，其中以制動系統(tǒng)漏氣最為常見，一旦發(fā)生該故障，可能導(dǎo)致制動系統(tǒng)無法發(fā)揮作用，甚至可能會直接導(dǎo)致車輛無法及時制動停車[2]。制動管路系統(tǒng)的密封性直接影響著制動性能，組裝后的制動管路需對其密封性進(jìn)行試驗。制動管路保壓試驗作為制動管路組裝后的一種質(zhì)量檢測手段，通過提升管路保壓試驗檢測的準(zhǔn)確度，可進(jìn)一步保證制動系統(tǒng)的安全，從而提高城軌車輛運行的安全。

1 制動管路保壓現(xiàn)狀

管路保壓設(shè)備直接從車間管道快速接口處接入900 kPa 風(fēng)源。設(shè)備的進(jìn)氣口1 連接車輛一位端制動管路，設(shè)備的出氣口1 連接車輛二位端制動，形成一個回路，通過在管路保壓設(shè)備管道中安裝壓力傳感器進(jìn)行壓力采集，通過對比保壓前后的壓力來判定制動管路氣密性是否符合工藝要求。制動系統(tǒng)管路保壓試驗標(biāo)準(zhǔn)為開始壓力（880±10）kPa，保壓5 min，制動管路保壓前后壓力差小于等于10 kPa[3]。

現(xiàn)有管路保壓試驗臺在城軌車輛管路密封性測試時，為了達(dá)到測量精度和速度的最優(yōu)化，現(xiàn)場試驗人員在系統(tǒng)充氣到最高900 kPa 壓力值后，手動泄壓至測試起始壓力880 kPa，開始自動保壓試驗。但存在以下2 個問題導(dǎo)致試驗顯示數(shù)值誤差：①手工泄壓存在人為因素導(dǎo)致的操作誤差，如泄壓壓力小于880 kPa 時，試驗?zāi)J(rèn)開始保壓前壓力還是880 kPa，進(jìn)而影響試驗結(jié)果或造成試驗失敗，從而增加了保壓試驗的難度，降低了試驗效率；②試驗工藝流程未考慮管路系統(tǒng)的復(fù)雜性和充氣壓力的穩(wěn)定性，在手動泄壓至試驗開始壓力后，立即自動啟動保壓試驗，缺少穩(wěn)壓過程，且壓力傳感器的安裝位置靠近進(jìn)氣口1 處會出現(xiàn)短時的壓力波動，最終導(dǎo)致試驗理論顯示結(jié)果與實際結(jié)果存在差距。

2 管路保壓試驗優(yōu)化

針對以上問題，通過對管路保壓試驗臺氣路結(jié)構(gòu)、快慢充邏輯、穩(wěn)壓過程、自動判定結(jié)果、實時數(shù)據(jù)顯示等方面進(jìn)行軟硬件改造，提升保壓試驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。

在試驗開始后，系統(tǒng)打開快速進(jìn)氣閥快速進(jìn)氣至系統(tǒng)最低壓力870 kPa，然后自動切換至慢速進(jìn)氣達(dá)到試驗開始壓力880 kPa，進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)壓計時5 min，管路內(nèi)壓力達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，開始保壓試驗計時。計時開始后首先記錄開始壓力值，不斷檢測記錄壓力變化，保壓計時5 min 結(jié)束后，計算結(jié)束壓力和開始壓力之差，差值小于等于設(shè)定值10 kPa 時，則自動判定試驗結(jié)果合格。具體措施如下。

2.1 氣路結(jié)構(gòu)改造

在現(xiàn)有管路保壓裝置進(jìn)氣口處設(shè)置增壓閥和氣動調(diào)壓閥，增壓閥為2 倍增壓，最大增壓壓力為1.6 MPa。進(jìn)口壓力為600 kPa 時流量不小于150 L/min。當(dāng)外部風(fēng)源壓力低于保壓試驗壓力時，增壓閥動作給試驗管路增壓供風(fēng)。通過此改進(jìn)，可與車間風(fēng)動工具共用600 kPa 風(fēng)源，避免了前期管路保壓試驗時需單獨啟動900 kPa 風(fēng)源造成資源浪費的現(xiàn)象。

通過提供兩路獨立的試驗通道，每路試驗通道提供快慢進(jìn)氣管路、排氣管路。每個管路的進(jìn)排氣功能分別由電磁閥控制。所有氣路電磁閥由工控機I/O 口通過繼電器控制，壓力傳感器模擬量輸出信號由工控機的模擬量板卡接收并轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。

快充管路與慢充管路采用不同規(guī)格，快充管路規(guī)格為34 mm×3.5 mm，慢充管路規(guī)格為12 mm×1.5 mm，通過管路的截面大小及電磁閥的開關(guān)流量的大小控制氣體的流量。具體原理如圖1 所示。

圖1 管路快慢充氣原理

2.2 快慢充

通過微機控制模塊控制快充電磁閥開啟自動充風(fēng)作業(yè)。當(dāng)壓力傳感器檢測到車輛空氣管路系統(tǒng)充風(fēng)至最低要求壓力（870 kPa，壓力值可設(shè)定），快充電磁閥跳至關(guān)閉位。微機控制模塊控制慢充電磁閥開啟，進(jìn)行慢速充風(fēng)，將車輛空氣管路系統(tǒng)充風(fēng)至最高壓力（880 kPa，壓力值可設(shè)定），微機控制模塊控制慢充電磁閥跳至關(guān)閉位。此時，整個充風(fēng)管路關(guān)閉，防止風(fēng)源一直給車輛管路供風(fēng)，影響試驗結(jié)果。

通過快慢充改造，實現(xiàn)了管路保壓設(shè)備自動充風(fēng)至管路保壓要求壓力值，改變了原有保壓前由人員操縱使壓力值由900 kPa 降壓到880 kPa 的模式。

2.3 穩(wěn)壓

由于城軌車輛制動管路錯綜復(fù)雜、存在風(fēng)缸等儲氣裝置，對車輛進(jìn)行充風(fēng)時，設(shè)備壓力表處在遠(yuǎn)端，存在壓力波動影響試驗結(jié)果。通過增加穩(wěn)壓時間，使車輛管路內(nèi)部壓力趨于穩(wěn)定。穩(wěn)壓時間過短，系統(tǒng)壓力不能穩(wěn)定影響試驗結(jié)果；穩(wěn)壓時間過長則試驗效率降低。通過對已保壓合格的3 種城軌車輛進(jìn)行穩(wěn)壓時間測試，發(fā)現(xiàn)在穩(wěn)壓3～4 min 時壓力表處于穩(wěn)定狀態(tài)，無波動現(xiàn)象，為了確保準(zhǔn)確，穩(wěn)壓時間設(shè)定為5 min。

穩(wěn)壓過程中壓力傳感器不斷檢測車輛管路內(nèi)部壓力值，如車輛管路有泄漏造成壓力降低超過設(shè)定壓力差（10 kPa），則提前結(jié)束試驗并發(fā)出漏氣警報，供試驗人員進(jìn)行人工檢漏；否則穩(wěn)壓5 min 后，系統(tǒng)自動進(jìn)行保壓試驗階段。

2.4 保壓

保壓試驗開始時，自動采集壓力值，作為試驗開始壓力值；保壓5 min，然后自動采集壓力值，作為試驗結(jié)束壓力值。根據(jù)保壓標(biāo)準(zhǔn)要求：5 min 內(nèi)壓降不大于10 kPa，最低壓力值不得低于870 kPa，系統(tǒng)自動判定試驗結(jié)果是否合格，并自動輸出試驗報告。

2.5 實時壓力曲線

為了對保壓數(shù)據(jù)的數(shù)字監(jiān)控及過程管理，通過實時采集保壓試驗過程中各階段壓力值和時間，形成實時壓力曲線圖。為了清晰地顯示保壓過程中的壓力變化情況，壓力縱坐標(biāo)設(shè)定區(qū)間為850～910 kPa，時間橫坐標(biāo)設(shè)定區(qū)間為0～15 min。試驗保壓曲線示意圖如圖2 所示。

圖2 制動管路保壓曲線示意圖

2.6 試驗數(shù)據(jù)管理

搭建管路保壓試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，對試驗任務(wù)的在線管理、試驗過程的實時監(jiān)測、試驗異常的管理、試驗結(jié)果的自動評判及輸出、試驗設(shè)備狀態(tài)的實時跟蹤、試驗數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化管理進(jìn)行管控。

管路保壓數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)由硬件和軟件組成，硬件負(fù)責(zé)車間各試驗臺生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸和存儲，軟件負(fù)責(zé)上傳、處理、分析數(shù)據(jù)，為使用者提供方便，快捷、良好的操作界面，圖形操作界面和入口。管路保壓數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)分為4 個部分：設(shè)備端、使用端、管理端和展示端。

2.6.1 設(shè)備端

通過對管路保壓設(shè)備增加無線網(wǎng)絡(luò)模塊，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將設(shè)備聯(lián)網(wǎng)集成，實時獲取車輛位置、壓力傳感器采集數(shù)據(jù)，對保壓試驗的壓力值、單位時間泄漏量等關(guān)鍵過程數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集、上傳，實時質(zhì)量監(jiān)控。

數(shù)據(jù)上傳采用聯(lián)網(wǎng)、離線方式，在車間網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域，自動采用聯(lián)網(wǎng)方式，試驗數(shù)據(jù)及試驗曲線實時傳輸至大屏幕顯示，保證大屏顯示數(shù)據(jù)與保壓裝置試驗數(shù)據(jù)的同步性。在網(wǎng)絡(luò)中斷時，自動采用離線方式，待試驗結(jié)束時，則系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)決定是否將未上傳的試驗數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器端。

通過配置設(shè)備編號，并在管理系統(tǒng)中配置試驗接口，同時滿足多臺管路保壓設(shè)備同時作業(yè)。

2.6.2 使用端

通過電腦顯示器顯示保壓試驗設(shè)備狀態(tài)、試驗車輛試驗進(jìn)度以及試驗任務(wù)信息，指導(dǎo)施工人員規(guī)范化作業(yè)，在線反饋異常信息、試驗完工信息以及交檢交驗信息等。

2.6.3 管理端

用于監(jiān)控試驗設(shè)備狀態(tài)、試驗計劃、各工位試驗數(shù)據(jù)等信息，并設(shè)有數(shù)據(jù)查詢與分析功能，對設(shè)備信息和試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

設(shè)備狀態(tài)管理：通過對設(shè)備進(jìn)行基本信息、計量周期維護(hù)，可對設(shè)備運行時間、試驗時間、能耗信息進(jìn)行統(tǒng)計，提前一周提醒計量到期周期，對設(shè)備計量、維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。

試驗計劃管理：從計劃管理系統(tǒng)中自動下傳至管路保壓管理系統(tǒng)三日生產(chǎn)計劃，操作人員對作業(yè)任務(wù)一目了然。實時顯示當(dāng)天任務(wù)完成情況，當(dāng)設(shè)備上傳試驗數(shù)據(jù)時，自動匹配生產(chǎn)計劃，然后修改此條生產(chǎn)計劃為已完成、完成時間。

試驗數(shù)據(jù)管理：通過在遠(yuǎn)端配置服務(wù)器，將試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、備份，確保數(shù)據(jù)安全。通過對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分類管理，提升數(shù)據(jù)管理水平。主要包括以下幾個模塊：①試驗實時數(shù)據(jù)查詢?？娠@示當(dāng)前設(shè)備當(dāng)天的實時狀態(tài)，包括設(shè)備運行狀態(tài)、設(shè)備運行時間、是否正在試驗狀態(tài)、當(dāng)前的試驗信息等。②試驗報表管理。試驗報表是通過試驗臺做完試驗后，自動生成試驗臺報表，由采集程序自動上傳到系統(tǒng)后臺保存。其上傳的報表為試驗的原始報表，可自行進(jìn)行下載、重新打印等。③異常數(shù)據(jù)管理。當(dāng)保壓泄漏量超過10 kPa，試驗數(shù)據(jù)自動記錄到異常數(shù)據(jù)管理中，并提示試驗信息異常，需要用戶確認(rèn)解決。通過自動統(tǒng)計一次試驗合格率，側(cè)面考驗作業(yè)人員技能水平。④歷史數(shù)據(jù)管理。通過對采集的信息在后臺進(jìn)行統(tǒng)一維護(hù)和管理，可按項目分類查看詳細(xì)的數(shù)據(jù)，并自動生成可視化表單信息。

2.6.4 展示端

通過無線傳輸方式傳遞至車間信息顯示大屏，進(jìn)行試驗計劃、設(shè)備實時數(shù)據(jù)、狀態(tài)展示，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場與作業(yè)人員、管理人員信息互通。

試驗計劃展示：實時顯示當(dāng)天任務(wù)及計劃完成情況，如圖3 所示。

試驗狀態(tài)展示：在界面中顯示試驗狀態(tài)、設(shè)備編號、當(dāng)前壓力、保壓試驗原理。通過原理圖可快速了解整個氣路氣體流向，達(dá)到通俗易懂的效果，如圖4 所示。

圖4 管路保壓試驗狀態(tài)

試驗信息展示：顯示車輛信息（車型、車列、車號）、試驗名稱、試驗臺位、保壓狀態(tài)、保壓日期、試驗結(jié)論。滾動展示6 次試驗的參數(shù)信息，試驗數(shù)據(jù)按照試驗時間的順序倒序排列顯示，如表1 所示。

表1 管路保壓試驗信息

2.7 數(shù)字化交檢

通過與質(zhì)量交檢系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)互通，對其進(jìn)行質(zhì)量數(shù)據(jù)在線交檢，取代原有紙質(zhì)化交檢，進(jìn)行數(shù)據(jù)數(shù)字化存儲、分析，提升管路保壓試驗的數(shù)字化、精細(xì)化、集成化、可視化管理，提高管路保壓試驗質(zhì)量。

3 結(jié)論

通過對現(xiàn)有管路保壓試驗臺進(jìn)行結(jié)構(gòu)和試驗工藝流程的改進(jìn)，按照管路保壓試驗標(biāo)準(zhǔn)要求，實現(xiàn)全自動化的快慢進(jìn)氣、穩(wěn)壓、自動判定結(jié)果、數(shù)字化管理、數(shù)字化交檢等功能，實現(xiàn)管路保壓試驗的精度和速度的最優(yōu)化控制，完全避免了人為操作影響試驗結(jié)果的狀況，大大提升了管路保壓試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，提升了車輛的行車安全。